在工业领域,利用 EtherCAT 进行快速实时测量

挑战

在工业领域,出于成本的考虑,对于实时快速测量的需求正在快速增加。

现在有很多不同的系统是基于标准以太网通讯技术的, 但是往往是低效的,因为其带宽是不固定的。

这种低效有两个原因

  • 其一是在同一时间,传输的数据量非常小
  • 另外一个是当客户端或系统主机发出数据请求时,信息才产生,也就是以太网是以半双工状态工作的。

解决方案

为克服以上问题,倍福自动化 有限公司开发了一个 实时的场总线 系统来克服标准以太网带宽不固定的限制。

其就是 EtherCAT (以太网控制自动化技术), 一种高性能的工业通讯协议,其实对 IEEE 802.3 以太网协议的扩展,其采用同步可控的时序 进行数据传输。

EtherCAT 意味着以太网数据包不再进行接收,解析和处理并拷贝到每个设备上。EtherCAT 协议以标准的以太网帧直接传输数据,而不改变其基本结构

但是, EtherCAT 站设备能够在数据帧通过设备节点时,读取数据并传送。数据输入可以在几纳秒内完成。因为 EtherCAT 帧数据可以采用收发方式进行,因此,数据速率提高到 90% 以上。 这使其达到 全双工 100BaseTX 标准,有效速率超过 100 Mbit/s

优势

EtherCAT 另外一个优势是完全支持 CANopenSercos 驱动。这能够使 EtherCAT 可以非常简单地根据不同应用进行配置,只需更改 预定义基本信息

另外 EtherCAT 几乎可以支持所有的拓扑机构,使其应用更加广泛。包括标准的基于交换机的以太网星型拓扑结构。这使其在布线时具有极高的灵活性,使用不同的电缆。这样,以太网带宽可以被完全利用,并可以使用交换机和媒体转换器

QuantumX CX27

网关模块

为最大限度地利用 EtherCAT,提高效率进行实时测量,HBM 开发了QuantumX 系统 CX27 网关模块。CX27 带有一个 EtherCAT 接口,包括一个 同步数据传输模块/通道设定功能。 这样,可以通过 EtherCAT 进行单独通道配置 (SDO)分别配置过程数据 (PDO).

对于用户来说,配置非常容易,可以采用 EtherCAT Studio, 或者是TwinCAT。另外,配置也可通过 QuantumX 软件 来完成。用户也可以将配置信息存储在 EEPROM 中。

关键特性

对于分布式同步测量来说,关键点是网络的所有节点时间必须完全同步

这可以通过将一个 主时钟 传输到 从时钟 来完成。并采用时钟同步理论 (IEEE 1588). 来进行延时补偿。 在一个 EtherCAT 分组,所有节点的时间迟滞不超过 1 ms.

CX27 带有一个设备描述文件 (DDF) ,其可以激活或停用分布式时钟。默认是开启的。主时钟将时间传送到 QuantumX 从时钟上,并分布到其他模块。使用分布时钟是非常有用的,尤其是通过以太网进行并行测试或采用时间戳进行测试时。

使用 HBM CX27 作为 EtherCAT 从站 可以进行大通道,高采样率进行测量。 最大到 199个是见同步信号被传输,最大采样率为 1,200 Hz,或使用 30 个通道进行 4,800 Hz 采样率进行测量。组成强大的场总线的 QuantumX 数据采集系统。

结论

EtherCAT 是一种基于以太网高性能,容易使用,开放性的应用层协议。 HBM CX27 网关模块能够利用其同步,全带宽等特性。这对大通道同步测试是非常重要的。

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